功和内能 热和内能

1、第一、二节：功、热和内能第一、二节：功、热和内能 教学目标教学目标 知识与技能知识与技能 1了解焦耳的两个实验的原理；知道什么是绝热过程。 2知道做功和传热是改变内能的两种方式；从热力学的角度认识内 能的概念。 3理解做功与内能改变的数量关系。 4知道内能和功的单位是相同的。 5、会区分热量和内能的概念。、会区分热量和内能的概念。 6、知道做功与传热在改变内能上的区别。、知道做功与传热在改变内能上的区别。 过程与方法过程与方法 从焦耳的实验理解功与内能变化的关系 情感、态度与价值观情感、态度与价值观 通过焦耳实验了解功与内能变化关系的得来，学习科学家探 究过程的 艰辛 教学重点、难点教学重点、

2、难点 绝热过程中的功与内能的关系 1系统只由于外界对它做功而与外界交 换能量，它不从外界吸热，也不向外界放 热，这样的过程叫做 2任何一个热力学系统都必定存在一个 只依赖于系统自身状态的物理量，叫系统 的 3在绝热过程中，系统内能的增加量U 与外界对系统所做的功W关系为 . 绝热过程绝热过程 内能内能 UW 知识回顾知识回顾 2.什么叫内能？什么叫内能？ 与哪些因素有关？与哪些因素有关？ 3.质量、温度相同的物体，内能必定相等质量、温度相同的物体，内能必定相等 对吗？对吗？ 1.（机械）功的两个不可缺少的因素是什么？（机械）功的两个不可缺少的因素是什么？ 电流做功与哪些因素有关？电流做功与哪些

3、因素有关？ 力和在力方向上的位移力和在力方向上的位移 电流、电阻和时间电流、电阻和时间 物理学中，我们把物体内物理学中，我们把物体内所有所有分子做分子做无规则运动无规则运动 的动能的动能和和分子势能分子势能的总和叫做物体的的总和叫做物体的内能。内能。 温度和体积温度和体积 不对不对 因为内能和组成物体的分子的个数、因为内能和组成物体的分子的个数、 物体的温度和体积共同确定。物体的温度和体积共同确定。 物体的内能与温度和体积的关系物体的内能与温度和体积的关系 温度变时分子动能变，体积变时分子势温度变时分子动能变，体积变时分子势 能变，因此物体的内能决定于它的温度和体能变，因此物体的内能决定于它的

4、温度和体 积，但是这句话却不能作为判断两物体内能积，但是这句话却不能作为判断两物体内能 大小的依据。如两物体温度和体积均相同，大小的依据。如两物体温度和体积均相同， 而内能却没有确定的关系。再如，而内能却没有确定的关系。再如，0 OC的冰 的冰 熔化成熔化成 OC水体积减小，不能就此认为其势能 水体积减小，不能就此认为其势能 也减小，而应该从改变内能的方式上分析也减小，而应该从改变内能的方式上分析,冰冰 熔化过程吸收热量，内能增加，而温度不变，熔化过程吸收热量，内能增加，而温度不变， 所增加的只是分子的势能所增加的只是分子的势能 结论：结论：做功使得物体（密闭气体）温度升高做功使得物体（密闭气

5、体）温度升高 情景一：情景一： fd1635b1de47a24adf0f49ad(1)_baofeng. mp4 焦耳焦耳 18181818年年1212月月2424日生于英国曼彻斯日生于英国曼彻斯 特特 ，起初研究电学和磁学。，起初研究电学和磁学。 18401840 年在英国皇家学会上宣布了电流通年在英国皇家学会上宣布了电流通 过导体产生热量的定律，即焦耳定过导体产生热量的定律，即焦耳定 律。焦耳测量了热与机械功之间的律。焦耳测量了热与机械功之间的 当量关系当量关系热功当量，为热力学热功当量，为热力学 第一定律和能量守恒定律的建立奠第一定律和能量守恒定律的建立奠 定了实验基础。定了实验基础。

6、一、焦耳的实验 系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从系统只由于外界对它做功而与外界交换能量它不从 外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫外界吸热，也不向外界放热，这样的过程叫绝热过程绝热过程 绝热过程：绝热过程： 焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验焦耳实验是一个需要在绝热过程中完成的实验 焦耳的两个代表性实验：焦耳的两个代表性实验：焦耳热功当量实验装置焦耳热功当量实验装置机械功机械功 实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上实验结论：只要重力所做的功相同，容器内水温上 升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。升的数值都是相同的，即系统状态的变化是相同的。 重物下落带动轮

7、叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体重物下落带动轮叶旋转，通过搅拌对绝热容器内的液体 做功，使液体升温，即状态发生变化。做功，使液体升温，即状态发生变化。 实验二：对系统做电功实验二：对系统做电功 电流通过电热丝使电流通过电热丝使 绝热容器内的液体温绝热容器内的液体温 度升高。度升高。 结论：结论：对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统对同一系统，在绝热过程中只要所做的电功相同，系统 温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。温度上升的数值就相同，即系统的状态变化相同。 焦耳的实验说明什么问题？焦耳的实验说明什么问题？ 1、在各种不同的绝热过程中，如果使系统从状在各种不同的绝热过程中

8、，如果使系统从状 态态1变为状态变为状态2，所需外界做功的数量是相同的。，所需外界做功的数量是相同的。 也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系也就是说，在各种不同的绝热过程中，要使系 统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态统状态发生变化，做功的数量只由始末两个状态 决定，与做功方式无关。决定，与做功方式无关。 2.2.测出了热功当量（热与机械功之间的当量测出了热功当量（热与机械功之间的当量 关系），为热力学第一定律和能量守恒定律关系），为热力学第一定律和能量守恒定律 的建立奠定了实验基础。的建立奠定了实验基础。 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功在热力学系统的绝热过程中，外界对

9、系统所做的功 仅由过程的仅由过程的始末两个状态始末两个状态决定，不依赖于做功的决定，不依赖于做功的具体具体 过程和方式过程和方式。 类比思考：哪些力做功仅由物体的起点和终点类比思考：哪些力做功仅由物体的起点和终点 两个位置决定，与物体的运动路径无关？两个位置决定，与物体的运动路径无关？ 重力重力 电场力电场力 重力做功对应重力势能重力做功对应重力势能 电场力做功对应电势能（电能）电场力做功对应电势能（电能） 在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功在热力学系统的绝热过程中，外界对系统所做的功 仅由过程的仅由过程的始末两个状态始末两个状态决定，不依赖于做功的决定，不依赖于做功的具体具体 过程

10、和方式过程和方式。 功是能量转化的量度功是能量转化的量度 内能U：只依赖于系统自身状态的物理量：只依赖于系统自身状态的物理量 内能与状态参量温度、体积有关，内能与状态参量温度、体积有关， 即由它的状态决定即由它的状态决定 内能的增加量内能的增加量UU2U1等于外界对系等于外界对系 统所做的功统所做的功 UW 二、内能二、内能 呈现雾状呈现雾状 1.系统指的是什么？系统指的是什么？ 实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中的气体，实验研究的对象是瓶中的气体与打气筒中的气体， 那么我们的系统也就是这二部分气体。那么我们的系统也就是这二部分气体。 2.出现了什么现象？出现了什么现象？ 3.为什么会呈现雾

11、状？为什么会呈现雾状？ 为什么会呈现雾状？为什么会呈现雾状？ 当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统当用打气筒向瓶内打气时，外界对系统 做功，使得系统的内能增加，温度升高，做功，使得系统的内能增加，温度升高， 压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。看到雾压强增大，使瓶塞从瓶口中喷出。看到雾 状物的原因在于，在塞子突然跳起时，气状物的原因在于，在塞子突然跳起时，气 体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下体绝热膨胀对外做功，内能减少，温度下 降，水蒸汽（或酒精蒸气）有一部分被液降，水蒸汽（或酒精蒸气）有一部分被液 化成小液滴化成小液滴 功与系统内能改变的关系功与系统内能改变的关系 1.1.做功可以改变系统的内能

12、做功可以改变系统的内能 外界对系统做功，系统的内能增加外界对系统做功，系统的内能增加 系统对外界做功，系统的内能减少。系统对外界做功，系统的内能减少。 2.2.功是系统内能转化的量度功是系统内能转化的量度 3.3.实质实质: :其他形式的能与内能的相互转化其他形式的能与内能的相互转化 4.4.国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳国际单位制中，内能和功的单位都是焦耳( J )( J ) 三、热传递三、热传递 两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体两个温度不同的物体互相接触时温度高的物体 要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达要降温，温度低的物体要升温，并将持续到系统间达 到热平衡即温度

13、相等为止，这个过程称之为到热平衡即温度相等为止，这个过程称之为热传递热传递 热传递的热传递的三种方式三种方式：热传导热传导、热对流热对流、热辐射热辐射 思考：思考： 请同学们想办法如何将一段铁丝的温度升高？请同学们想办法如何将一段铁丝的温度升高？ 动画：热传递动画：热传递 四、热和内能四、热和内能 1、 在外界对系统没有做功的情况下，在外界对系统没有做功的情况下， 内能和热量之间有什么样的关系呢？内能和热量之间有什么样的关系呢？ 即在外界对系统不做功的情况下，外界传即在外界对系统不做功的情况下，外界传 递给系统的递给系统的热量热量等于系统内能的改变量等于系统内能的改变量 UQ 五、功、热和内能

14、五、功、热和内能 做功做功是内能和其他形式的能发生转化是内能和其他形式的能发生转化 热传递热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移是不同物体或同一物体不同部分内能的转移 做功和热传递在改变物体的内能上是等效的做功和热传递在改变物体的内能上是等效的 但是它们还是有但是它们还是有重要区别重要区别的的 UQ UW 不同能量形式的转化不同能量形式的转化 同种能量形式的转移同种能量形式的转移 例例1 1 、如果铁丝的温度升高了，则（、如果铁丝的温度升高了，则（ ） A.A.铁丝一定吸收了热量铁丝一定吸收了热量 B.B.铁丝一定放出了热量铁丝一定放出了热量 C.C.外界可能对铁丝做功外界可能对铁丝做功

15、 D.D.外界一定对铁丝做功外界一定对铁丝做功 解析：解析：做功和热传递对改变物体的内能是等效的，做功和热传递对改变物体的内能是等效的， 温度升高可能是做功，也可能是热传递。故温度升高可能是做功，也可能是热传递。故C正确。正确。 答案：答案：C 例例2 2 下列关于热量的说法，正确的是下列关于热量的说法，正确的是 （ ） A.A.温度高的物体含有的热量多温度高的物体含有的热量多 B.B.内能多的物体含有的热量多内能多的物体含有的热量多 C.C.热量、功和内能的单位相同热量、功和内能的单位相同 D.D.热量和功都是过程量，而内能是一个状态量热量和功都是过程量，而内能是一个状态量 解析：解析：热量

16、和功都是过程量，而内能是一个状态量，热量和功都是过程量，而内能是一个状态量， 所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的所以不能说温度高的物体含有的热量多，内能多的 物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都物体含有的热量多；热量、功和内能的单位相同都 是焦耳。选是焦耳。选C、D 答案：答案：C、D 注意：注意：热量是单纯的传热过程热量是单纯的传热过程 中系统内能变化的一个量度，中系统内能变化的一个量度， 是一个是一个过程量过程量，不能讲在某个，不能讲在某个 时刻物体具有多少热量应该讲时刻物体具有多少热量应该讲 在热传递过程中有多少热量从在热传递过程中有多少热量从 高温物体传递到了低温物体

17、高温物体传递到了低温物体 热传导热传导热沿着物体传递的热传递方式，不同物质热沿着物体传递的热传递方式，不同物质 传导热的能力各不相同，容易传导热的物体称之为热传导热的能力各不相同，容易传导热的物体称之为热 的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热 的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、 棉纱、木头、水、油等棉纱、木头、水、油等 热对流热对流靠液体或气体的流动来传递热的方式，热靠液体或气体的流动来传递热的方式，热 对流是液体和气体所特有的热传递方式对流是液体和气体所特有的热传递方式 热辐射热

18、辐射热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直 线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，可在真空中 进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射 能力越强能力越强 详解热传递和三种方式详解热传递和三种方式 小结小结 1、焦耳热功当量实验、焦耳热功当量实验 2、绝热过程、绝热过程 3、物体内能的宏观描述、物体内能的宏观描述 4、绝热过程中作功和内能的关系、绝热过程中作功和内能的关系 5、热传递、热传递 6、热和内能、热和内能 一、热传递 说明：两个温度不同的物体互相接触时温度高

19、的物体要降温，温度低的物体要升温，并 将持续到系统间达到热平衡即温度相等为止。在这个过程中我们说，热量从高温物体传 递到了低温物体，这个过程称之为热传递。 问：热传递分别有哪几种方式？（热传导、热对流、热辐射） 问：这三种方式如何区分？（热沿着物体传递的传递方式，不同物质传到热的能力各不 相同，容易传到热的物体称之为热的良导体，所有金属都是热的良导体，不容易传导热 的物体称之为热的不良导体，如空气、橡胶、绒毛、棉纱、木头、水、油等；热对流是 靠液体或气体的流动来传递热的方式，热对流是液体和气体所特有的热传递方式，热辐 射是热从高温物体向周围以电磁波的形式沿直线射出去的方式，热辐射不依赖媒介质，

20、 可在真空中进行，温差越大，表面颜色越深，物体向外的热辐射能力越强） 二、热和内能 问：改变物体的内能有哪两种方式？（做功和热传递） 问：在系统绝热过程中，内能和功之间有怎样的关系？（UW，即在系统和外界没有 热交换的情况下，外界对系统所做的功等于系统内能的改变量） 问：在外界对系统没有做功的情况下，内能和热量之间有什么样的关系呢？（UQ， 即在外界对系统不做功的情况下，外界传递给系统的热量等于系统内能的改变量） 问：热量有什么需要注意的地方？（内能是单纯的传热过程中系统内能变化的一个量度， 是一个过程量，与功类似，我们知道功是一个过程量，不能讲某个时候物体具有多少功， 而应该讲在某个过程中物

21、体做了多少功。与此相类似，不能讲在某个时刻物体具有多少 热量应该讲在热传递过程中有多少热量从高温物体传递到了低温物体） 问：做功和热传递对改变物体的内能有什么区别吗？（做功是内能和其他形式的能如机 械能、电能等等发生转化；而热传递是不同物体或同一物体不同部分内能的转移） 拓展阅读一：拓展阅读一： 拓展阅读二：拓展阅读二： 1.下列说法正确的是（下列说法正确的是（ ） A 分子的动能与分子的势能的和叫做这个分分子的动能与分子的势能的和叫做这个分 子的内能子的内能 B 物体的分子势能由物体的温度和体积决定物体的分子势能由物体的温度和体积决定 C 物体的速度增大时，物体的内能增大物体的速度增大时，物

22、体的内能增大 D 物体的内能减小时，物体的温度可能增加物体的内能减小时，物体的温度可能增加 D 练习巩固练习巩固 2.一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能一个铁块沿斜面匀速滑下，关于物体的机械能 和内能的变化，下列判断中正确的是（和内能的变化，下列判断中正确的是（ ） A 物体的机械能和内能都不变物体的机械能和内能都不变 B 物体的机械能减少，内能不变物体的机械能减少，内能不变 C 物体的机械能增加，内能增加物体的机械能增加，内能增加 D 物体的机械能减少，内能增加物体的机械能减少，内能增加 D 3 3、如图所示如图所示, ,绝热具有一定质量的活塞绝热具有一定质量的活塞, ,活塞的上部封闭

23、着气体活塞的上部封闭着气体, , 下部为真空下部为真空, ,活塞与器壁的摩擦忽略不计活塞与器壁的摩擦忽略不计, ,置于真空中的轻弹簧的置于真空中的轻弹簧的 一端固定于理想气体容器的底部一端固定于理想气体容器的底部. .另一端固定在活塞上另一端固定在活塞上, ,弹簧被压弹簧被压 缩后用绳扎紧缩后用绳扎紧, ,此时弹簧的弹性势能为此时弹簧的弹性势能为E EP P( (弹簧处于自然长度时的弹簧处于自然长度时的 弹性势能为零弹性势能为零),),现绳突然断开现绳突然断开, ,弹簧推动活塞向上运动弹簧推动活塞向上运动, ,经过多次经过多次 往复运动后活塞静止往复运动后活塞静止, ,气体达到平衡态气体达到平

24、衡态, ,经过此过程经过此过程 （ ） A AE EP P全部转换为气体的内能全部转换为气体的内能 B. EB. EP P一部分转换成活塞的重力势能一部分转换成活塞的重力势能, ,其余部分仍其余部分仍 为弹簧的弹性势能为弹簧的弹性势能 C CE EP P全部转换成活塞的重力势能和气体的内能全部转换成活塞的重力势能和气体的内能 D DE EP P一部分转换成活塞的重力势能一部分转换成活塞的重力势能, ,一部分转换一部分转换 为气体的内能为气体的内能, ,其余部分仍为弹簧的弹性势能其余部分仍为弹簧的弹性势能 04年全国理综年全国理综17 理想理想 气体气体 D 05年全国卷年全国卷19. 4 4、

25、一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。、一定质量的气体经历一缓慢的绝热膨胀过程。 设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中设气体分子间的势能可忽略，则在此过程中 （ ） A A外界对气体做功，气体分子的平均动能增加外界对气体做功，气体分子的平均动能增加 B B外界对气体做功，气体分子的平均动能减少外界对气体做功，气体分子的平均动能减少 C C气体对外界做功，气体分子的平均动能增加气体对外界做功，气体分子的平均动能增加 D D气体对外界做功，气体分子的平均动能减少气体对外界做功，气体分子的平均动能减少 D 5.5.金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物有可能金属制成的气缸中装有柴油与空气的混合物

26、有可能 使气缸中柴油达到燃点的过程是使气缸中柴油达到燃点的过程是 ( )( ) A A迅速向里推活塞迅速向里推活塞B B迅速向外拉活塞迅速向外拉活塞 CC缓慢向里推活塞缓慢向里推活塞 D D缓慢向外拉活塞缓慢向外拉活塞 A 6.6.一个物体以较大的初速度沿粗糙的斜面向上滑行，一个物体以较大的初速度沿粗糙的斜面向上滑行， 在物体上滑的过程中，物体内分子的平均动能在物体上滑的过程中，物体内分子的平均动能 将将 ，物体的机械能将，物体的机械能将 ，物体的内能，物体的内能 将将 。( (填填“增大增大”“”“不变不变”或或“减小减小”) ) 增大、减小、增大增大、减小、增大 7.7.一定质量的气体封闭在绝热的气缸内。当用活塞